[发明专利]三相功率因素矫正电路及其提高功率因素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相功率因素矫正技术，更具体地说，涉及一种基于升压(BOOST)电路的非全解耦有源三相功率因素矫正电路及其提高功率因素的方法。

背景技术

随着用电设备功率的增加，越来越多的设备使用三相交流电。无功率因素矫正的设备产生大量的谐波，影响电网传输效率。而多数无源功率因素矫正电路的功率因素不高，因此有源三相功率因素矫正技术正被越来越广泛地应用。

全解耦型的三相功率因素矫正电路虽然功率因素高，谐波失真也较小，如图1所示的维也纳电路，SW1、SW2、SW3必须是双向开关，电路复杂，成本也较高，控制复杂。传统的非全解耦型的三相功率因素矫正电路，如图2所示的三相单开关升压型功率因素矫正电路，图3所示的三相双开关两电平升压型功率因素矫正电路，图4所示的三相双开关三电平功率因素矫正电路，图5所示的三相双开关有中线功率因素矫正电路，结构相对简单，成本低，控制电路也相对简单，但都属于非全解耦型的三相功率因素矫正电路，谐波难于控制，很难使各次谐波电流都低于3％，限制了电路的应用范围。

本发明设法提高基于升压(BOOST)电路的非全解耦有源三相功率因素矫正电路的功率因素，减少输入谐波电流。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明根据对基于升压(BOOST)电路的非全解耦的三相有源功率因素矫正电路的深入分析和研究，提出了提升该类电路功率因素的电路改进结构及其控制方法，通过合理设计，能显著提高功率因素，减小电流总谐波失真，同时克服了原有电路5次谐波和7次谐波较大的缺点，大大增加了该类电路的应用场合。

以图5所示双开关升压型电路为例，说明本发明的基本原理。假设三相完全平衡，以中线N input为参考地，各相输入电压的实时值为Va(t)，Vb(t)，Vc(t)。由于三相输入的对称性，只需分析其中一个1/6工频周期的情况。设Va(t)、Vb(t)同时大于0，而Vc(t)小于0。A相、B相、C相的升压电感单元的电感量分别为La，Lb，Lc，输出正端电压为Vo，A相、B相的电感电流在该时间段内不连续，并忽略二极管与电子开关的导通压降，可以得到：

式中K是与开关周期和导通时间有关的量。

A相与B相的电流比为：Va(t)xLbx(Vo-Vb(t))Vb(t)xLax(Vo-Va(t))--(3)]]>

由于三相电流在控制上不是全解耦的，在上述的1/6周期内，只能控制A相电流和B相电流的和而不能分别独立地控制。当La、Lb、Lc相等时，A相、B相的输入电流比不等于输入电压比，输入电压高的那一相的电流相对于无畸变的正弦值偏大，而输入电压小的那相电流值又偏小，导致电流畸变。传统的升压型三相功率因素矫正电路中，三相的3个升压电感是相同的，在工段周期的各阶段也是相同的，必然会有畸变。只能通过升高输出电压来减少谐波，但输出电压一方面不能无限升高，同时影响效率，也不利于功率器件的选择。

要使电流不失真，上式应等于A相与B相的输入电压比Va(t)/Vb(t)，可以得到